Трансформатор тесла своими руками, простейшая схема. Что такое катушка или трансформатор Николы Теслы

20.09.2019

Ни для кого не является секретом кто такой знаменитый Никола Тесла. Мистические истории, которые рассказывают о нем, на сегодня не обсуждаем. Вспомним известные изобретения, о которых спорят до сегодняшнего дня.

Основные изобретения

Беспроводная передача энергии на длительные расстояния;
Флуоресцентное свечение;
Электрочасы;
Турбина;
Электрические печи;
Люминесцентные лампы;
Электронный микроскоп.

Перечислить все его 800 изобретений просто нет возможности. Одним из изобретений, которое поражает яркими явлениями в виде молния образных вспышек, считают высокочастотные катушки Тесла. Они представляет собой резонансный трансформатор. Данное устройство уже не одно десятилетие поражает мощью больших разрядов. Увидев работу устройства, не сможете забыть удивительное явление, которые создает яркие световые эффекты, напоминающие собой управляемые молнии. Используя катушки диаметром в 60 метров и полюс из медной сферы, Тесла разместил их над лабораторией и генерировал разряды. Длина, их достигала более, сорока метров.

Такие стрелы создавали эффекты невероятной красоты, при этом звук грома (освобожденная энергия) был слышен за 25 километров. Над башней плыл светящийся шар диаметр, которого был не менее 30 метров. Людей поражало необычайное зрелище пляшущих по земле искр. Кроме того когда кто либо пытался открыть водопроводный кран получал охапку цветных огоньков. Подобный экспериментальный запуск состоялся в 1904 году.

Если вы специалист любитель, у вас есть заветная мечта повторить работу гениального изобретателя, тогда попытаемся разобраться, как собрать катушку Тесла. Несмотря на то, что сама работа не сложная, многие не могут с ней справиться. Для того чтобы все получилось, надо знать принцип работы катушки Тесла. Устройство имеет несколько названий, но все они обозначают одно, и то же:

Трансформатор Тесла (основное название);
Катушка Тесла;
Тесла.

Принцип работы катушки Тесла.

Следует помнить, что это универсальная трансформаторная конструкция, которая изготавливается из двух обмоток, не имеющих общего сердечника, поскольку он усиливает взаимоиндукцию. Первая (первичка) катушка, к ней подводят переменное напряжение, которое создает магнитное поле. С его помощью полученная энергия первичной катушки передается во вторую обмотку.

Вторая модель также создает контур (колебательный), но разница в том, что конденсат, заменяет емкость тороида. Вся полученная энергия определенное время сохраняется в данном контуре в виде напряжения. Отсюда вытекает вывод: чем больше мы накопим энергии, тем выше будет полученное напряжение. На выходе оно составляет ни много ни мало миллионы вольт. Это дает возможность наблюдать удивительное зрелище электрических разрядов. Длина импульсов достигает нескольких метров. Чтобы повторить изобретение, в первую очередь появляется вопрос, как собрать катушку Тесла. Для этого вам потребуется:

Тороид. Выполняет три основных функции – снижает резонансные частоты, создает накопление энергии, формирует магнитные поля. Производят тороиды из алюминиевой стали или гофры;
Вторичная модель катушки (основная деталь), должна обладать значительной индуктивностью;
Первичная низко индуктивная катушка. Для изготовления используют медные трубы;
Защитное кольцо используют для того чтобы не вышла из строя электроника;
Обязательное заземление ;
Металлическая проволока, имеющая разный диаметр;

После того как вы подготовите весь требуемый материал переходите к пошаговому созданию изобретения.

Работа начинается с обмотки.

Для того чтобы сделать обмотку на первой катушке, подготовьте специальную форму. Она должна быть конусной или цилиндрической. Вокруг намотайте проволоку из медного сплава. Оборотов должно быть не меньше десяти. Делать витки следует плотно, но в тоже время обязательно следует контролировать, чтобы не было нахлестов. После того как закончите обмотку обязательно заизолируйте и укрепите полученные витки используя для этого лак. Помните!!! Длина проволоки влияет на индуктивность, а она на первой катушке обязана быть только низкой.

Вторичная модель создается аналогично, но количество витков увеличивается. Их должно быть как минимум тысяча, при этом трансформационный коэффициент больше в пятьдесят раз по количественному соотношению второй обмотки к первичной. Намотка вторичной катушки Тесла должна быть мощнее. Но при этом должна иметь равную к первичной обмотке частоту, поскольку разница приведет к сгоранию первой катушки.

После того как закончили первый этап работы, переходите к подготовке трансформатора. Его следует выбирать очень тщательно, он должен строго соответствовать размерам катушки. Используя мелкие конденсаторы равных размеров, объедините их между собой, в цепь. Благодаря этому у вас будет потенциал для равномерного накопления энергии в первичном контуре. Чтобы он был достаточно мощным, полученный конденсатор должен постоянно получать зарядку. Получив основные элементы, соедините все, используя для этого дросселя. Полученный прибор начнет работать только после того как вы подключите трансформатор.

Виды получаемых разрядов:

Стримеры – это тонкие каналы, которые имеют большое количество разветвлений, создают тусклое свечение и содержат ионизированные газовые атомы. Применяются разряды для ионизации воздуха;
Спарк представляет собой скользящий разряд искр;
Коронный вид разряда представляет собой свечение ионов, которые находятся в электрополе высокого напряжения;
Дуговой разряд.

Не применяя провода, используя данное высокочастотное устройство, у вас будет возможность поддерживать свечение ламп. Кроме того на крае обмотки будет вырабатываться яркая красивая искра, к ней можно прикоснуться руками, поскольку она относительно безопасная. Но как советуют специалисты трансформаторное устройство нельзя включать возле ПК, телефонов или посторонних бытовых приборов, поскольку они могут выйти из строя. В том случае, если получится самостоятельно создать такую катушку, прежде чем начинать проводить испытание следует придерживаться определенных правил:

Прибор может вывести из строя все электроприборы, которые включены в электрическую сеть;
Находитесь подальше от предметов, сделанных из металла, поскольку сможете получить ожог.

Делитесь своими знаниями и опытом удачного создания катушки Тесла в

Для того, чтобы самостоятельно создать генератор Тесла, необходимо иметь такие детали:

конденсатор;
разрядник;
первичная катушка, которая должна иметь низкую индуктивность;
вторичная катушка, должна иметь высокую индуктивность;
конденсатор вторичный, должен иметь небольшую емкость;
проволока разных диаметров;
несколько трубок из пластика или картона;
обычная шариковая ручка;
фольга;
металлическое кольцо;
штырь, чтобы заземлить прибор;
металлический штырь, чтобы ловить заряд;

Пошаговая инструкция по сборке

Для того, чтобы изобретение работало исправно и не представляло угрозы, нужно тщательно додерживаться всех инструкций и быть очень осторожным.

Тщательно следуйте руководству, и проблем не возникнет:

Выбрать подходящий трансформатор. Он определяет размер катушки, которую вы сможете сделать. Вам нужен такой, чтобы мог выдавать как минимум 5-15 Вт, и ток 30-100 миллиампер.
Первый конденсатор. Его можно создать с помощью более мелких конденсаторов, скреплённых наподобие цепи. Они будут равномерно накапливать энергию в вашем первичном контуре. Но для этого они должны быть одинаковыми. Конденсатор можно снять с нерабочего телевизора, купить в магазине или сделать самостоятельно с помощью обычной пленки и фольги из алюминия. Чтобы ваш конденсатор был максимально мощным, он должен заряжаться постоянно. Заряд должен подаваться каждую секунду по 120 раз.
Разрядник. Для одиночного разрядника можно взять провод, толщина которого больше 6 миллиметров. Это нужно, чтобы электроды смогли выдержать тепло, которое будет выделяться. Электроды можно охлаждать с помощью потока холодного воздуха, использовав фен, пылесос, кондиционер.
Обмотка первой катушки. Вам нужна специальная форма, вокруг которой нужно намотать медную проволоку. Ее можно взять из старого ненужного электрического прибора или купить новую в магазине. Форма, на которую будет наматываться проволока должна быть либо в форме цилиндра или конуса. От длины проволоки напрямую зависит индуктивность катушки. А первичная, как уже написано выше, должна быть с низкой индукцией. Витков должно быть немного, и проволока может быть и не цельной, иногда используют куски, скрепляя их.
Уже можно собрать созданные приборы в одно целое , присоединив их один к другому, как звенья в цепи. Если все сделано правильно, то они должны создать первичный колебательный контур, который будут передавать электроды.
Вторичная катушка. Создается также, как и первая, на форму наматывается проволока, витков должно быть больше. Ведь вторая катушка нужна намного больше и выше, чем первая. Она не должна создавать вторичный контур, наличие которого может привести к сгоранию первичной катушки. Не забывайте о том, что эти катушки должны быть одинаковой частоты, чтобы исправно работать и не сгореть во время включения прибора.
Другой конденсатор. Его форма может быть как круглой, так и сферической. Делается также, как и для первичной катушки.
Соединение. Для создания вторичного контура нужно соединить оставшиеся катушку и конденсатор в одно целое. Но, необходимо заземлить контур, чтобы не нанести вред приборам, которые подключены в сеть. Заземлять нужно как можно дальше от проводки, которая размещена по всему дому. Заземлить очень просто – нужно воткнуть штырь в землю.
Дроссель. Необходимо сделать дроссель, чтобы не поломать разрядником всю электросеть. Создать просто – плотно намотать проволоку на шариковую ручку.
Собрать все вместе:
- первичную и вторичную катушки;
- трансформатор;
- дроссели;
Нужно разместить обе катушки рядом и присоединить к ним трансформатор с помощью дросселей. Если вторая катушка получилась больше первой, то первую можно разместить внутри.

Прибор начнет работать после подключения трансформатора.

Устройство

схема простейшего трансформатора Тесла

Данный прибор состоит из нескольких деталей:

2 разных катушек: первичная и вторичная;
разрядника;
конденсатора;
тороида;
терминала;

Также, в состав первичной входят провод, диаметр которого больше 6 миллиметров и медная трубка. Чаще всего, она создается именно горизонтальной, но бывает еще вертикальной и в форме конуса. Для другой катушки используют намного больше провода, диаметр которого меньше, чем у первой.

Для создания трансформатора Тесла, не используют ферромагнитного сердечника, и таким образом, уменьшают индукцию между первичной и вторичной катушками. Если использовать ферромагнитный сердечник, то взаимоиндукция будет намного сильнее. А это не подходит для создания и нормального функционирования прибора Тесла.

Колебательный контур образуется благодаря первой катушке и подключенному к ней конденсатору. Также, в него входит и один нелинейный элемент, а именно – обычный газовый разрядник.

Вторичная образует такой же контур, но вместо конденсата используется емкость тороида, и сам межвитковой промежуток в катушке. Кроме того, такая катушка, чтобы не допустить электрический пробой, покрывается специальной защитой – эпоксидной смолой.

Терминал обычно используется в виде диска, но он может быть сделан и в виде сферы . Он необходим, чтобы получить длинные разряды из искр.

В этом приборе используются 2 колебательных контура, что и отличает это изобретение от всех остальных трансформаторов, которые состоят только из одного. Для того, чтобы данный трансформатор работал исправно, эти контуры должны иметь одну и ту же частоту.

Принцип работы

Катушки, которые вы создали, имеют колебательный контур. Если к первой катушке подвести напряжение, то она создаст собственное магнитное поле. С его помощью передается энергия от одной катушки к другой.

Вторичная катушка создает вместе с емкостью такой же контур, который способен накапливать энергию, которую передала первичная. Все работает по простой схеме – чем больше энергии способна передать первая катушка, а вторая – накопить, то тем больше будет напряжение. И результат будет более зрелищный.

Как говорилось выше, чтобы прибор начал работать, его необходимо подключить к питающему трансформатору. Для того, чтобы направить разряды, которые выдает генератор Тесла, нужно рядом разместить металлический предмет. Но делать это так, чтобы они не соприкасались. Если рядом положить лампочку, то она будет светиться. Но только в том случае, если напряжения будет достаточно.

Чтобы сделать самостоятельно изобретение Тесла, нужно делать математические расчеты, поэтому нужно иметь опыт. Или же найти инженера, который поможет правильно вывести формулы.

Если опыта нет , то лучше не начинайте работу самостоятельно. Помочь вам сможет инженер.
Будьте очень аккуратны , ведь разряды, которые выдает генератор Тесла, могут обжечь.
Такое изобретение способно вывести из строя все подключенные устройства, перед включением будет лучше убрать их подальше.
Все металлические предметы , которые находятся недалеко от включенного устройства, могут обжигать.

Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.

Составные части и принцип работы

Все трансформаторы Тесла ввиду похожего принципа работы состоят из одинаковых блоков:

Источник питания.
Первичный контур.

Источник питания обеспечивает первичный контур напряжением необходимой величины и типа. Первичный контур создаёт колебания высокой частоты, генерирующие во вторичном контуре резонансные колебания. В результате на вторичной обмотке образуется ток большого напряжения и частоты, который стремится создать электрическую цепь через воздух - образуется стример.

От выбора первичного контура зависит тип катушки Тесла, источник питания и размер стримера. Остановимся на полупроводником типе. Он отличается простой схемой с доступными деталями, и маленьким питающим напряжением.

Подбор материалов и деталей

Произведём поиск и подбор деталей к каждому вышеперечисленному узлу конструкции:

После намотки изолируем вторичную катушку краской, лаком или другим диэлектриком. Это предотвратит попадание в неё стримера.

Терминал – дополнительная ёмкость вторичного контура, подключённая последовательно. При малых стримерах в нем нет необходимости. Достаточно вывести конец катушки на 0,5–5 см вверх.

После того, как собрали все необходимые детали для катушки Тесла, приступаем к сборке конструкции своими руками.

Конструкция и сборка

Сборку делаем по простейшей схеме на рисунке 4.

Отдельно устанавливаем источник питания. Детали можно собрать навесным монтажом, главное исключить замыкание между контактами.

При подключении транзистора важно не перепутать контакты (рис. 5).

Для этого сверяемся со схемой. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.

Собирайте схему на диэлектрической подложке: кусок фанеры, пластиковый поднос, деревянная коробка и др. Отделяем схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.

Закрепляем первичную обмотку так, чтобы предотвратить падение и касание со вторичной обмоткой. В центре первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, с учётом того, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно – достаточно надёжного крепления.

Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые соединения согласно схеме. Посмотреть на работу изготовленного трансформатора Тесла можно на видео представленном ниже.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:

Выставляем переменный резистор в среднее положение. При подаче питания, убеждаемся в отсутствии повреждений.
Визуально проверяем наличие стримера. Если он отсутствует, подносим к вторичной катушке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работоспособность «трансформатора Тесла» и наличие электромагнитного поля.
Если устройство не работает, в первую очередь меняем местами выводы первичной катушки, а уже потом проверяем транзистор на пробой.
При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключите дополнительное охлаждение.

Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла являются большое напряжение, большие габариты устройства и способ получения резонансных колебаний. Немного расскажем о том, как работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.

Первичный контур работает на переменном напряжении. При включении, происходит заряд конденсатора. Как только конденсатор заряжается по максимуму, происходит пробой разрядника – устройства из двух проводников с искровым промежутком, наполненным воздухом или газом. После пробоя, образуется последовательная цепь из конденсатора и первичной катушки, называемая LC контуром. Именно этот контур создаёт высокочастотные колебания, которые создают во вторичной цепи резонансные колебания и огромное напряжение (рис. 6).

При наличии необходимых деталей, мощный трансформатор Тесла можно собрать своими руками даже в домашних условиях. Для этого достаточно внести изменения в маломощную схему:

Увеличить диаметры катушек и сечение провода в 1,1 – 2,5 раза.
Добавить терминал в форме тороида.
Поменять источник постоянного напряжения на переменный с высоким повышающим коэффициентом, выдающим напряжение 3–5 кВ.
Изменить первичный контур согласно схеме на рисунке 6.
Добавить надёжное заземление.

Искровые трансформаторы Тесла могут достигать мощности до 4,5 кВт, следовательно, создавать стримеры больших размеров. Наилучший эффект получается при достижении одинаковых показателей частоты обоих контуров. Реализовать это можно расчётом деталей в специальных программах – vsTesla, inca и другие. Скачать одну из русскоязычных программ можно по ссылке: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip .

Трансформатор Тесла изобрел знаменитый изобретатель, инженер, физик, Никола Тесла. Прибор является резонансным трансформатором, вырабатывающим высокое напряжение высокой частоты. В 1896 году, 22 сентября Никола Тесла запатентовал свое изобретение как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». С помощью этого устройства он пытался передавать электрическую энергию без проводов на большие расстояния. В 1891 году Никола Тесла продемонстрировал миру наглядные эксперименты по передаче энергии от одной катушки к другой. Его устройство извергало молнии и заставляло светиться люминесцентные лампы в руках удивленных зрителей. Посредством передачи тока высокого напряжения высокой частоты ученый мечтал обеспечить бесплатной электроэнергией любое здание, частный дом и прочие объекты. Но, к сожалению, из-за большого потребления энергии и низкой эффективности, широкого применения катушка Тесла так и не нашла. Не смотря на это, радиолюбители из разных уголков планеты собирают небольшие катушки Тесла для развлечений и экспериментов.

Также катушки Тесла используют для проведения развлекательных мероприятий и Тесла шоу. В 1987 году советский радиоинженер Владимир Ильич Бровин изобрел генератор электромагнитных колебаний, названный в его честь «качер Бровина», используемый в качестве элемента электромагнитного компаса, работающего на одном транзисторе. Предлагаю вам собрать действующую модель катушки Тесла или качер Бровина своими руками из подручных материалов.

Список радиодеталей для сборки Катушки Тесла:

Провод эмалированный ПЭТВ-2 диаметр 0,2 мм
Провод медный в полихлорвиниловой изоляции диаметр 2,2 мм
Туба от силиконового герметика
Фольгированный текстолит 200х110 мм
Резисторы 2,2К, 500R
Конденсатор 1mF
Светодиоды 3-х вольтовые 2 шт
Радиатор 100х60х10 мм
Регулятор напряжения L7812CV или КР142ЕН8Б
Вентилятор 12 вольтовый от компьютера
Коннектор Banana 2 шт
Труба медная диаметр 8 мм 130 см
Транзистор MJE13006, 13007, 13008, 13009 из советских КТ805, КТ819 и аналогичные

Катушка Тесла состоит из двух обмоток. Первичная обмотка L1 содержит 2,5 витка медного провода в полихлорвиниловой изоляции диаметром 2,2 мм. Вторичная обмотка L2 содержит 350 витков в лаковой изоляции диаметром 0,2 мм.

Каркасом для вторичной обмотки L2 служит туба от силиконового герметика. Предварительно удалив остатки герметика, отрежьте часть тубы длиною 110 мм. Отступив по 20 мм от нижней и верхней части, намотайте 350 витков медного провода диаметром 0,2 мм. Провод можно добыть из первичной обмотки любого старого малогабаритного трансформатора на 220В, например, от китайского радиоприемника. Катушка мотается в один слой виток к витку, как можно плотнее. Концы провода следует пропустить во внутрь каркаса через предварительно просверленные отверстия. Готовую катушку для надежности покройте пару раз нитролаком. В поршень вставьте остро заточенный металлический стержень, подпаяйте к нему верхний вывод обмотки и закрепите термоклеем. После чего вставьте поршень в каркас катушки. От носика отрежьте колечко с резьбой, получится гайка, с помощью которой вы легко закрепите катушку на текстолитовой плате, накрутив получившуюся гайку на резьбу выходного отверстия тубы. В дне каркаса просверлите отверстие для светодиода и второго вывода обмотки.

В своей катушке я использовал транзистор MJE13009. Также подойдут Транзисторы MJE13006, 13007, 13008, 13009 из советских КТ805, КТ819 и другие аналогичные. Транзистор обязательно разместите на радиаторе, в процессе работы он будет очень сильно греться и по этому предлагаю установить вентилятор и немного усовершенствовать схему.

Поскольку, для питания катушки требуется напряжение более 12 вольт. Максимальную мощность катушка Тесла развивает при напряжении питания в 30 вольт. А так, как вентилятор рассчитан на 12 вольт, то в схему следует добавить регулятор напряжения L7812CV или советский аналог КР142ЕН8Б. Ну, а чтобы катушка выглядела более современной и привлекала внимание, добавим пару светодиодов синего цвета. Один светодиод подсвечивает катушку изнутри, а второй подсвечивает катушку снизу. Схема будет выглядеть так.

Все компоненты катушки Тесла разместите на печатной плате. Если вы не хотите изготавливать печатную плату, просто разместите все детали катушки Тесла на кусочке МДФ или рифленого картона от бумажной коробки и соедините между собой методом навесного монтажа.

Готовая печатная плата будет выглядеть так. Один светодиод припаивается в центре, он подсвечивает пространство под печатной платой. Ножки сделайте из четырех глухих гаек, накрученных на винты.

Второй светодиод припаивается под катушкой, он будет подсвечивать ее изнутри.

Транзистор и регулятор напряжения обязательно намажьте термопастой и разместите на радиаторе размером 100х60х10 мм. Регулятор напряжения следует .

Первичную обмотку следует мотать в том же направлении, что и вторичную. То есть, если катушку L2 наматывали по часовой стрелке, значит катушку L1 тоже надо мотать по часовой стрелке. Частота катушки L1 должна совпадать с частотой катушки L2. Чтобы добиться резонанса, катушку L1 надо немного настроить. Делаем так, на каркасе диаметром 80 мм наматываем 5 витков оголенного медного провода диаметром 2,2 мм. К нижнему выводу катушки L1 припаиваем гибкий провод, к верхнему выводу прикручиваем гибкий провод, так чтобы его можно было перемещать.

Включаем питание, подносим неоновую лампу к катушке. Если она не светится, значит надо поменять местами выводы катушки L1. Далее опытным путем подбираем положение катушки L1 по вертикали и количество витков. Перемещаем провод прикрученный к верхнему выводу катушки вниз, добиваемся максимального расстояния на котором будет зажигаться неоновая лампа, это будет оптимальный радиус действия катушки Тесла. В итоге у вас должно получиться, как у меня 2,5 витка. После экспериментов изготавливаем катушку L1 из провода в полихлорвиниловой изоляции и припаиваем на место.

Наслаждаемся результатами своих трудов… После включения питания, появляется стример длиною 15 мм, неоновая лампочка начинает светиться в руках.

Так, снимали сагу Звездные войны… Вот он, секрет меча Джидая…

В автомобильной лампе появляется небольшая плазма исходящая от нити накаливания к стеклянной колбе лампы.

Чтобы значительно увеличить мощность катушки Тесла рекомендую изготовить торроид из медной трубки диаметром 8 мм. Диаметр кольца 130 мм. В качестве торроида можно использовать аллюминиевую фольгу скомканную в шарик, металлическую баночку, радиатор от компьютера и другие не нужные, объемные предметы.

После установки торроида мощность катушки значительно увеличилась. Из медной проволоки находящейся рядом с торроидом, появляется стример длиною 15 мм.

И даже светодиодные…

А это плазма возникающая в автомобильной лампочке при нахождении рядом с торроидом.

Делать торроид или нет, решать вам. Я всего лишь показал и рассказал вам о том, как я сделал катушку Тесла или качер Бровина на одном транзисторе, своими руками и о том, что у меня получилось. Моя катушка производит ток высокого напряжения высокой частоты, согласно законам физики. Спасибо Николе Тесла и Владимиру Ильичу Бровину за огромный вклад в науку!

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Катушка тесла

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла - единственное из изобретений Николы Тесла , носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор , производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil ). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil ), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно - катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек , первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора , тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5-30 (для VTTC - катушки Теслы на лампе - число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов , здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис , явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур , в который включён нелинейный элемент - разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза - это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза - генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора - 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения ( или Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения !

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC - Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC - Solid State Tesla Coil, DRSSTC - Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DC DRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы , тиристоры .

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт . Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии . В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине . Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле.Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов . Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

Стримеры (от англ. Streamer ) - тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример - это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
Спарк (от англ. Spark ) - это искровой разряд . Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок - искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд.
Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
Дуговой разряд - образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд . Редко можно наблюдать также тлеющий разряд . Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром - на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы - это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты » один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт , гитарист и вокалист группы «The White Stripes » рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса - идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов - башня Тесла ) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно "заряжать" башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.